减少电去电离作用系统中结垢的方法技术方案

一种水处理用的电去电离作用系统（１０）或反渗透／电去电离作用组合系统（６２，１０）中的抑制水垢形成的方法及设备，更特别地，用于增加对进入电去电离作用装置（１０）中的给水硬度的耐受性，以抑制给水所含的阳离子沉淀，并且增加电去电离作用装置的效率。须纯化的水通过电去电离作用装置（１０），其中循环通过浓缩室（１８）及阳极室和阴极室（２０，２２）的浓缩流（１２）中含有有效量的阻垢剂以抑制水垢沉淀。优选地，与电去电离作用装置（１０）形成系列的一个或多个初级反渗透装置（６２，７２，７４，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０）接受浓缩流（１２，４４）中的一部分阻垢剂。给入反渗透装置（６２）中的水中的阻垢剂可以补充和调整。可通过反渗透的产品向电去电离作用装置的浓缩流（４４）提供电解质。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种抑制水处理用的电去电离作用系统或反渗透/电去电离作用组合系统中结垢的方法及设备，更具体地，用于增加对进入电去电离作用装置中的给水硬度的耐受性，以抑制给水所含的阳离子沉淀，并且增加电去电离作用装置的效率。(ⅱ)
技术介绍
液体纯化在许多工业领域中具有极为重要。特别地，许多工业都须采用纯水，诸如，在制备半导体芯片的工艺中，在电厂中，在石油化学工业中以及许多其它用途。一直采用离子交换树脂、反渗透过滤以及电渗析技术来降低液体中的离子浓度。近来，更多地采用电去电离作用装置来降低液体中的离子浓度。术语“电去电离作用”通常涉及下述纯化液体的设备及工艺，其组合利用离子交换树脂、离子交换膜以及电来纯化液体。电去电离作用模块包括交替设置的阳离子渗透膜和阴离子渗透膜，而其间构成室。交替排列的室中填设有离子交换树脂珠。这些室为稀释室。那些不含离子交换树脂的室通常为浓缩室。通电后，离子将通过离子交换树脂珠和离子渗透膜从稀释室进入浓缩室。流经浓缩室的液体被丢弃或部分循环使用，并且流经稀释室的纯化后液体作为去矿物质的液体产品得到回收利用。令人关注的是电去电离作用装置的结垢降低了膜效率并污染了电极表面。结垢经常发生于电去电离作用装置的局部区域，特别是在那些高pH值的地方。这些地方包括阴离子交换膜的浓缩室一侧的表面，原因在于稀释室中的再生水分解产生的羟基离子流。高pH值的局部区域通常在阴极表面，原因在于阴极电极反应所产生的氢气及其副产物羟基离子2e-+2H2O=H2(gas)+2OH-在这些局部区域的高pH值条件下，将形成对电去电离作用装置的工作性能不利的水垢。一般地，这些水垢在多价金属阳离子存在的情况下产生，多价金属阳离子诸如Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Fe3+、Al3+及其类似物，可在局部高pH条件下沉淀，比如以氢氧化物、硫酸盐、磷酸盐、氧化物形式，以及在碳酸盐、重碳酸盐或二氧化碳存在时以碳酸盐、混合氧化物诸如尖晶石、混合碳酸盐形式，以及当氟化物存在时以氟化物形式沉淀。由于此类化合物产物溶解度较低，即使浓缩流中痕量的此类金属阳离子与反离子也足以导致不利的沉淀。在反渗透中，由于浓缩流与渗透流之间的压差驱使水通过渗透膜，浓缩流的浓度大为提高并且超过了所溶解离子的盐类溶解度的极限，导致CaCO3及其它固体的沉淀成为水垢。此处的水垢形成机理根本不同于电去电离作用过程，在电去电离作用装置中是由于稀释室中水分解形成的羟基离子迁移，从而使阴离子膜表面(浓缩室一侧)保持在活性的高pH值。采用阻垢剂可阻止产生此类水垢。这类方法有数种机理，包括a)抑制水垢颗粒的晶核形成，相对于水垢形成离子通常使用次化学计量的阻垢剂；b)抑制水垢颗粒的生长，相对于水垢形成离子通常使用次化学计量的阻垢剂；c)水垢离子的溶液络合，从而降低了水垢形成的热动力学趋势(吉布斯自由能变化)，相对于水垢形成离子通常使用化学计量的阻垢剂(螯合剂)。由于一般在反渗透给水中离子浓度相对较高，a)和b)的效果通常受到反渗透给水中所加入阻垢剂的影响。通常还采用降低反渗透给水pH值的方法。其基本效果是使反渗透系统工作的回收率高于其它可能的方法。尽管向反渗透中加阻垢剂为公知技术，但尚未见到向电去电离作用装置加阻垢剂以减少水垢形成。Yoram Oren等通过阿姆斯特丹的Elsevier Science Publisher B.V.在Desalination,86(1992)155-172发表一篇名为Studies on Polarity Reversal with Continuous Deionization的论文，该文认为，在连续的去电离作用过程例如电去电离作用，可以通过降低钙和镁的浓度(软化)或酸化来降低敏感区的pH值，或加入阻垢剂与钙离子或镁离子形成化合物或阻止沉淀，可最大限度地减少水垢的形成。但是，需要进一步说明的是，所有技术方案都向水中加入了不利的化学物质并且需要设备来导入该化学物质。专利技术简述广而言之，本专利技术的方法在用于水去电离作用的电去电离作用装置中抑制水垢形成，所述电去电离作用装置的一端设有一阳极室，相对的一端设有一个阴极室，以及在所述阳极室与阴极室之间设有多个交替间隔设置的稀释室与浓缩室，该方法包括须去电离作用的给水通过稀释室；从给水中获得离子的水或水溶液通过浓缩室，并通过阳极室及阴极室；在所述阳极与所述阴极之间施加电压，从而给水中的离子迁移到浓缩室的水或水溶液中；从阳极室及阴极室中收集并排出水溶液；将浓缩室中的水或水溶液作为浓缩流通过浓缩室并通过阳极室及阴极室进行循环；以及向通过浓缩室和通过阳极室阴极室的循环浓缩流中注入有效量的阻垢剂以抑制浓缩室和阴极室中的水垢形成。浓缩流中的阻垢剂有效量为1-400ppm，其中阻垢剂选自硫酸、盐酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸与磺酸盐共聚物的衍生物、磷酸型阻垢剂以及六甲基磷酸钠、EDTA与CDTA复合药剂、氨基琥珀酸螯合剂、以亚硫酸钠为代表的非氧化杀生物药剂以及其组合。本专利技术的一种优选方法在用于水纯化和去电离作用的反渗透装置和电去电离作用装置串列中抑制水垢形成，在电去电离作用装置中须纯化及去电离作用的水通过反渗透装置制备渗透流和滞留物排出流，并且所述电去电离作用装置的一端设有一阳极室，相对的一端设有一个阴极室，以及在所述阳极室与阴极室之间设有多个交替间隔设置的稀释室与浓缩室，该方法包括须纯化和去电离作用的给水通过反渗透装置；透过反渗透装置的渗透流通过去电离作用装置的稀释室；从给水中获得离子的水或水溶液通过浓缩室，并通过阳极室及阴极室；在所述阳极与所述阴极之间施加电压，从而给水中的离子迁移到浓缩室的水或水溶液中；从阳极室及阴极室中收集并排出水溶液；将浓缩室中的水或水溶液作为浓缩流通过浓缩室并通过阳极室及阴极室进行循环；向通过浓缩室以及通过阳极室阴极室的循环浓缩流中注入有效量阻垢剂以抑制浓缩室以及阴极室中的水垢形成；分流一部分含阻垢剂的浓缩流；所述含一定量阻垢剂的部分浓缩流分流与给水合并后通过反渗透装置，调整进入反渗透装置中的水中的阻垢剂含量，提供有效量阻垢剂以抑制反渗透装置中形成水垢，且渗透流通过去电离作用装置的稀释室。给水经由反渗透装置进入多个通道，每一个通道包括一个或多个级，其中至少一个级或一个通道的渗透流与浓缩流合并，通过浓缩室并通过阳极室和阴极室，向其中加入电解质，所以增强了导电性。除了第一反渗透通道，至少一个级的滞留物与浓缩流合并，通过浓缩室。所述阻垢剂为约500-0.5ppm的硫酸，或约365-0.4ppm的盐酸，或为约5-200ppm的六甲基磷酸钠，优选为约25-100ppm的六甲基磷酸钠。进入反渗透装置中的水中的阻垢剂调整为1-75ppm以有效抑制水垢形成。在本专利技术的优选实施例中，一部分渗透流加入浓缩流，通过浓缩室并通过阳极室和阴极室，向其中加入电解质，所以增强了导电性。优选实施例描述以下将参照附图对本专利技术进行详述。总而言之，本专利技术应用于水纯化工艺，系采用电去电离作用装置或电去电离作用装置与反渗透装置系列来实现。首先参照附图说明图1，本专利技术的实施例包括一个水纯化工艺，后者包括一个电去电离作用装置10、一个具有一用于循环浓缩流的泵14的循环回路12、一个到排水管15的浓缩物分流管路13、以及一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在用于水去电离作用的电去电离作用装置中抑制水垢形成的方法，所述电去电离作用装置的一端设有一阳极室，相对的一端设有一个阴极室，以及在所述阳极室与阴极室之间设有多个交替间隔设置的稀释室与浓缩室，该方法包括： 须去电离作用的给水通过稀释室； 从给水中获得离子的水或水溶液通过浓缩室，并通过阳极室及阴极室； 在所述阳极与所述阴极之间施加电压，从而给水中的离子迁移到浓缩室的水或水溶液中； 从阳极室及阴极室中收集并排出水溶液； 将浓缩室中的水或水溶液作为浓缩流通过浓缩室并通过阳极室及阴极室进行循环；以及 向通过浓缩室以及通过阳极室阴极室循环的浓缩流中注入有效量的阻垢剂以抑制浓缩室以及阴极室中的水垢形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维弗洛里安泰西耶，汤姆科瑟，史蒂夫西韦恩斯，马克菲利普许纳尔格德，罗伯特格莱格，
申请(专利权)人：ECELL公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]